20 LUGLIO 2006 LIBERO: La senilità dipende da un gene.

Ciclo cellulare
1 INTRODUZIONE

Ciclo cellulare Insieme delle fasi della vita di una cellula comprese tra la formazione della cellula e la sua divisione in due cellule figlie (mitosi).

2 CICLO CELLULARE NEI PROCARIOTI E NEGLI EUCARIOTI

Negli organismi procarioti la duplicazione del DNA e la sua ripartizione nelle due cellule figlie avviene in modo simultaneo, secondo un processo continuo la cui frequenza dipende dalla specie e dalle condizioni ambientali. Mentre il DNA, che in questi organismi ha forma di anello, si replica e forma un nuovo anello, contemporaneamente la cellula si allunga fino a dividersi e formare due cellule figlie, nelle quali si ripartiscono le due copie dell’acido nucleico. Nei procarioti, dunque, si parla propriamente di scissione binaria, processo più semplice della mitosi, tipica delle cellule eucarioti; pertanto, non si distingue un vero e proprio ciclo cellulare.

Negli organismi eucarioti la divisione cellulare per mitosi è un processo complesso, che richiede non solo la replicazione del patrimonio genetico della cellula madre e la sua successiva distribuzione tra le due cellule figlie, ma anche la sintesi delle strutture mitotiche (come il fuso di fibre proteiche), e la duplicazione di tutte le componenti intracellulari che saranno necessarie alle cellule neoformate. In questi organismi, la presenza di un vero e proprio ciclo cellulare, composto da fasi distinte, garantisce la separazione tra il momento della duplicazione e quello della ripartizione del DNA; inoltre, permette alla cellula di svolgere le reazioni metaboliche indispensabili alla sua sopravvivenza senza interferire con l’impegnativa funzione mitotica.

3 FASI DEL CICLO CELLULARE

Nel ciclo cellulare si distinguono quattro fasi o stadi. La cellula appena formata entra nello stadio G1 (G dall’inglese gap, “intervallo”), durante il quale svolge un’intensa attività metabolica e si specializza (processo di differenziamento), fino a raggiungere le sue dimensioni e forma caratteristiche. Nel successivo stadio S (“sintesi”), avviene la duplicazione del DNA; lo stadio G2 permette la sintesi dei componenti necessari alla mitosi, che avviene nell’ultima fase o stadio M e si conclude con la citodieresi e la nascita delle due cellule figlie. Il periodo che comprende gli stadi G1, S e G2 è chiamato interfase.

Lo stadio G1 può avere una durata che varia a seconda del tipo cellulare; ad esempio, alcune cellule dell’epidermide e gli elementi sanguigni immaturi nel midollo osseo hanno un G1 di poche ore, mentre in alcune cellule tumorali questa fase dura alcuni giorni. Gli altri stadi hanno una durata più costante: per S si calcolano 7-10 ore; G2 dura 2-5 ore; M solo 1-2 ore. Alcune cellule dell’organismo durante lo stadio M effettuano una divisione più complessa, che determina la formazione di cellule figlie con un patrimonio genetico dimezzato; tale meccanismo, denominato meiosi, è quello con cui si formano le cellule riproduttive (gameti).

4 REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE

La successione tra una fase e l’altra del ciclo cellulare è controllata da una famiglia di enzimi detti genericamente chinasi dipendenti da ciclina, o Cdk. Questi enzimi devono il loro nome al fatto che si attivano quando si legano a composti regolatori, le cicline, di natura proteica. La sintesi delle Cdk è sotto il controllo del complesso di geni detti cdc, dall’inglese cell division cycle.

4.1 Stadio G0: la quiescenza cellulare

La cellula può interrompere il ciclo cellulare in modo permanente o temporaneo allo stadio G1; durante questa fase, infatti, risente in modo particolare delle variazioni dell’ambiente esterno, come ad esempio di una diminuita concentrazione di nutrienti o di fluttuazioni termiche. Esiste un limite superato il quale la cellula procede da G1 a G2 e porta a termine il ciclo cellulare; tale limite è costituito da una reazione chimica che permette l’attivazione delle Cdk e, quindi, il passaggio alle successive fasi del ciclo. Negli eucarioti sembra avere un ruolo fondamentale la reazione di fosforilazione (cioè il legame con un gruppo fosfato) di una proteina detta Rb, coinvolta nella cascata di reazioni di attivazione di una particolare Cdk. Il limite prende il nome di punto di restrizione.

Se le caratteristiche ambientali non sono tali da sostenere la formazione di nuove cellule, il punto di restrizione non viene superato e la fase G1 si trasforma in una condizione di quiescenza, in cui la cellula opera soltanto le reazioni metaboliche necessarie alla sua sopravvivenza. Questo stadio è detto G0. Ad esempio, le cellule delle ghiandole mammarie di una bambina rimangono quiescenti fino alla pubertà, periodo in cui rispondendo a stimoli ormonali riprendono a dividersi determinando l’ingrossamento delle mammelle.

Anche in presenza di condizioni ambientali favorevoli, tuttavia, il ciclo cellulare non può ripetersi in modo illimitato. Infatti, dopo un certo numero di divisioni una cellula madre va incontro al fenomeno di apoptosi, o morte cellulare, le cui cause e meccanismi non sono ancora del tutto chiariti. In questo “invecchiamento” della cellula sembra giocare un ruolo rilevante l’accorciamento di una particolare regione del DNA, detta telomero: questa porzione di acido nucleico a ogni mitosi non viene replicata interamente e, di conseguenza, diventa progressivamente più corta a ogni successivo ciclo; si raggiunge quindi una lunghezza limite che sembra non essere più compatibile con la vita della cellula. 
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